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Heizeinrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken Zum
elektroinduktiv en Erhitzen von Werkstücken werden bekanntlich Heizleiter benutzt,
die fortschreitend über das Werkstück hinwegbewegt werden, wobei der Heizleiter
in Anpassung an die in Richtung des Vorschubs sich einstellenden Änderungen der
Form der Werkstückoberfläche in senkrechter Richtung auf und ah bewegt wird. Es
ist auch bekannt, den Heizleiter nicht grade auszubilden, sondern ihn beispielsweise
bogenförmig oder in anderer Form zu krümmen, um ilin auch in seiner Längserstreckung
an die Gestalt des zu behandelnden Werkstückes anzupassen.
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Bei der Behandlung von Werkstücken, die in Vorschulrichtung gekrümmt
sind, ergehen sich bei Verwendung derartiger Heizleiter gewisse Schwierigkeiten,
insbesondere dann, wenn es sich darum handelt, das Werkstück oberflächlich zu erhitzen
und nachfolgend zur Härtung abzuschrecken. Um die Abschreckwirkung hervorzurufen,
@muß dem Heizleiter eine Spritzeinrichtung zugeordnet werden und vielfach ist es
auch erwünscht, nicht nur eine Spritzeinrichtung vorzusehen, sondern auch eine Einrichtung,
mit der es möglich ist, zwischen Werkstück und Heizleiter Preßluft oder ein sonstiges
Gas einzublasen, um einen Rücklauf des Spritzwassers auf noch nicht auf 1?ndtemperatur
erhitzte Teile des Werkstücken
zu verhindern. Zu diesem Zweck werden
Kammern vorgesehen. die, mit dem Ileizleiter verbunden, dessen Bewegungen mitmachen,
oder aber der im allgemeinen mit flachem, rechteckigem Querschnitt versehene Heizleiter
ist hohl und trägt selbst die Führungen für die Abschreckmittel für das Werkstück.
Bei Krümmungen des Werkstückes in Vorschubrichtung wird nun das Abschreckmittel
je nachdem, an welcher Stelle der Krümmung sich der Heizleiter befindet, in einem
größeren oder geringeren Abstand vom Heizleiter auf das Werkstück aufgespritzt.
Dies führt zu ungleichmäßiger Verteilung der Härte und der Härtetiefe. Außerdem
hat der flache Heizleiter, der an sich aus elektrischen Gründen besonders vorteilhaft
ist, im Verlaufe seiner Wanderung über die gekrümmte Oberfläche des Werkstückes
stets wechselnde Kopplung, weil die Wirkfläche des Heizleiters finit dem einen Ende
einen größeren Abstand vom Werkstück aufweist als mit dem anderen Ende.
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Die nächstliegende Abhilfe für diese Schwierigkeiten wäre in einem
V erschwenken des Heizleiters zu sehen derart, daß die Wirkfläche möglichst parallel
zum jeweiligen Oberflächenabschnitt des Werkstückes stünde. Da aber der Heizleiter
insbesondere dann, wenn (las Werkstück auch senkrecht zur Vorschub richtung eine
Krümmung aufweist, geknickt sein oder bogenförmigen Verlauf aufweisen muß, läßt
sich eine Verschwenkung nicht durchführen, oder aber es würden sich für einzelne
Teilabschnitte zwischen Werkstück und Heizleiter verschieden große Relativgeschwindigkeiten
zueinander ergeben. Sind die Heizleiter zur Verhinderung des Härteverzuges im Werkstück
V-förmig oder bogenförmig gestaltet, so ist auch bei Werkstücken, die senkrecht
zur Vorschubrichtung eine ebene Oberfläche aufweisen, ein Verschwenken des Heizleiters
nicht möglich. Hiervon alr gesehen wäre aber auch die Aufgabe, das Abschreckmittel
stets in einem gleichbleibenden Abstand vom Heizleiter auf die Werkstückoberfläche
aufzuspritzen, nicht ohne weiteres zu lösen.
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Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
bei Heizeinrichtungen, die mit Vorrichtungen zur Führung von Kühlmitteln versehen
sind und die dem fortschreitenden elektroinduktiven I3rliitzen mit nachfolgendem
Abschrecken dienen, die der Führung der Kühlmittel auf das Werkstück dienenden Kammern
schwenkbar auf dem. Heizleiter anzuordnen. Die Schwenkachse für diese Kaminern wird
vorzugsweise mit der Achse des kreis- oder angenähert kreisförmigen Querschnitten
des 1 ieizleiters zusammenfallen. Je x nachdem. ob zusätzlich zwinclien Werkstilcl;
und Ileizleiter ein I'reiiluftstroin (i. (1g1. e in-@eblancn werden soll oder nicht.
wird @lie schwenkbare Kammer atuler mit einer Flüssi-keitszuführung und den entsprechenden
Schlitzen für den Austritt der Abschreckflüssigkeit noch mit einer Kammer für (las
Gas, beispielsweise Preßluft. versehen. Die Schwenkung der Katiiinern in Anpassung
an die Forte der Werkstückoberfläche wird erreicht durch Fühler, die in Form von
Stiften oder Federn die Oberfläche abtasten.
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Der Heizleiter erhält kreisförmigen Oiterschnitt und kann in an sich
bekannter @#@eise hohl ausgebildet werden, um eine Kühlung des Heizleiters zu ermöglichen.
Da aber aus elektrischen Gründen ein kreisförmiger oder angenähert kreisförmiger
Heizleiter nicht zweckmäßig ist, kann der Heizleiterquerschnitt die Form eines Kreisabschnittes
erhalten, der durch ein Formstück aus Isolierwerkstoff zu einem vollen Irreis ergänzt
.wird. Auf diesem Ergänzungsstück wird die schwenkbare Kammer gelagert.
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Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher
erläutert und auf weitere Einzelheiten der Erfindung hingewiesen.
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Abb. i und 2 zeigen in zwei senkrecht zueinander stehenden Schnitten
die Ouerschnittsform eines Werkstückes i aus Stahl. (las an der Oberfläche durch
Erhitzen und Abschrecken mit einer Härteschicht versehen werden soll. Zum Zwecke
des Erhitzens ist ein Heizleiter 2 vorgesehen, der, wie aus Abb. i ersichtlich,
der Krümmung des Werkstückes senkrecht zur Vorschulrichtung angepaßt ist und der
sich über die in Vorschubrichtung ebenfalls gekrümmte Werkstückoberfläche nach Abb.
2 hinwegbewegt. Der Heizleiter ist in den Beispielen gemäß Abb. i und 2 als Teil
einer einwindigen Spule gedacht, die das Werkstück in Ouerschnittsrichtung umfaßt.
Die -Maßnahmen gemäß der Erfindung sind aber selbstverständlich auch dann anwendbar,
wenn der Heizleiter Teil einer Leiterschleife ist, die sich über dem `Merkstück
schließt. Der Heizleiter 2 hat runden Ouersclniitt und ist zur Führung eines Kühlmittels
für den Heizleiter hohl ausgebildet.
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Auf dein Heizleiter sitzt ein Formstück aus irgendeinem geeigneten
Isolierwerkstott. Dieses Formstück ist finit Kanälen .I und versehen, die der Führung
eines Al)schreckmittels, vorzugsweise Wasser, und eines Gases, vorzugsweise Preßluft,
dienen, die durch Stutzen (i und i zugeführt werden.
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Der 1 leizleiter 2 mit seinem Fornistiick 3, der die Kammern für die
Kühltnittel trägt, bewegt sich in Richtung des Pfeiles 8 über
das
Werkstück hinweg und in Abb.2 sind drei verschiedene Stellungen dargestellt, die
die Einrichtung beim Überfahren der Werkstückobertiäehe nacheinander einnimmt. Die
richtige Stellung des schwenkbar auf dem Heizleiter :2 angeordneten Formstückes
3 wird in.. Anpassung an die jeweilige Krümmung der Werkstückoberfläche sichergestellt
durch Federn 9 und io, die der Einfachheit halber bei der Darstellung der beiden
anderen Stellungen der Einrichtung fortgelassen sind. Es ist ersichtlich, daß die
Schwenkbarkeit des Formstückes 3 in Anpassung an die Werkstückoberflächenkrümmung
sicherstellt, daß das durch die Kammern 5 und den Schlitz 5' zugeführte Abschreckmittel
stets an einer Stelle der Oberfläche auftrifft, die den gleichen Abstand vom Heizleiter
aufieeist. Das gleiche gilt für die Preßluft, die durch die Kammern q. und den dazugehörigen
Schlitz q.' zwischen Werkstück und Heizleiter eingeblasen wird, um ein Zurücktreten
des Abschreckmittels auf Teile des Werkstückes zu verhindern, die noch nicht hinreichend
erwärmt sind.
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Vielfach kann es zweckmäßig sein, die Einstellung des Formstückes
3 durch Federbelastung o. dgl. sicherzustellen. Die hierzu erforderlichen mechanischen
Einrichtungen sind der Einfachheit halber in den Zeichnungen fortgelassen. An Stelle
der Fühlerfedern io können auch Fühlerstifte oder älinliehe Teile verwendet werden.
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Der Heizleiter 2 ist in den A11. i und 2 mit kreisförmigem Querschnitt
dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, an Stelle des kreisförmigen (Querschnittes
einen Querschnitt zu verwenden, der annähernd kreisförmig ist, beispielsweise schwäch
elliptisch o. dgl. An Stelle des voll kreisförmigen Querschnittes kann auch ein
Querschnitt Anwendung finden, der kreisabschnittförtnig gestaltet ist, wobei die
Querschnittsform durch ein Formstück aus Isolierwerkstoff 9 (Abb. 3) zu einem vollen
Kreis ergänzt ist. Die Ausbildung, bei der der eigentliche Leiter io hohl ist, kann
selbstverständlich auch so gestaltet sein, daß nicht eine Kreisform, sondern eine
kreisähnliche Form, etwa schwach elliptisch o. dgl., erzielt wird.
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Die Wahl der Kreisform oder ähnlicher Formen für den Leiter hat trotz
gewisser elektrischer Nachteile den Vorzug, daß bei Überfahren der gekrümmten Oberfläche
stets ein gleichbleibender Kopplungsgrad zur Werkstückoberfläche gewahrt bleibt.
Bei Anwendung der Kreisabschnittform für den Leiter nach Abb. 3 werden auch die
elektrischeu Nachteile weitgehend ausgeschaltet, die darin zu sehen sind, daß bei
der vollen Kreisform die an der der Werkstückoberflächen abgekehrten Seite
des Leiters tliet,ienden Str<iine zuni Werkstück (#inen sclilecittrit
lioppluugsgra<i aufweisen.
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1Venit es aus elektrischen (iründen erforderlich ist, nicht finit
einer einwindigen Spule zu arbeiten, sondern eine mehrwindige `pule vorzusehen,
so hat sich eine Ausbildtingaforin nach Abb.4 als zweckmäßig erwiesen. hie einzelnen
Heizleiter i i bis 14. kreis- oder annähernd kreisförmigen Querschnittes oder auch
kreisabschnittförmigen Querschnittes sind auf dem Umfang eines Formstückes 1 aus
Isolierwerkstoff gelagert, und zwar derart,' daß sie der gekrümmten Oberfläche des
Werkstückes unmittelbar benachbart sind. Das Formstück 15 hat wiederum kreisförmigen
Querschnitt und dient der Lagerung eines Formstückes 16, das um die Achse des Formstückes
15 schwenkbar ist. Das Formstück 16 ist mit Kammern 17 und 18 für die Zufuhr des
Abschreckmittels und des zwischen Werkstück und Heizleiter einzublasenden Gases
versehen. Die beiden Mittel werden durch Stutzen 19 und 2o zugeführt. Fühlerfedern
21 sorgen für die gewünschte Einstellung der schwenkbaren Abschreckeinrichtung 16
zur Oberfläche des Werkstückes.
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Je nachdem, wie die Krümmung des Werkstückes senkrecht zur Vorschubrichtung
gestaltet ist, müssen die Leiter auch geknickt oder gekrümmt sein (vgl. Abb. i).
In Anpassung an diese Krümmung oder Knicktiog der Leiter ist es erforderlich, die
17ornistiicke 3, welche die hühlmittelkammern tragen, ein- oder mehrfach zu unterteilen.
Blei dem in A11. i dargestellten Beispiel ist eine einmalige Unterteilung ausreichend.
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Einrichtungen gemäß der Erfindung können allgemein dort angewendet
werden, wo es sich darum handelt, Formstücke tin der Oberfläche zu erhitzen und
nachfolgend abzuschrecken, die sowohl in der Vorschubrichtung als auch senkrecht
dazu mehr uder minder stark gekrümmt sind. Die Anwendbarkeit ist indes nicht auf
die Behandlun solcher Formstücke beschränkt, sondern kann auch überall dort Anwendung
finden. wo ebene Körper behandelt werden müssen. von denen jedoch zu befürchten
ist, daß sie sich unter dein Einfluß der Erwärmung und des raschen Abkühlens werfen
und somit ungewollte Krümmungen in Vorschubrichtung oder senkrecht dazu ,gen in
beiden Richtungen erhalten. i?ine Vorrichtung gemäß der 1?rtiitdung vermag derartigen
Krümmungen im Entstehen zu folgen, ohne <laß die l'iehandlung des Werkstückes
tin sich gefährdet wird. DieAnwendbarkeit der Vorrichtung ist ferner sticht auf
die 13eliandlung vom Werkstücken aus härtbarem Stahl beschränkt. Sie ist vielmehr
auch dort möglich, wo es sich dartun
handelt, metallische Werkstücke
durch Erhitzen und Abschrecken im fortschreitenden Verfahren zu behandeln.